[發(fā)明專利]一種有機氣體高滲透性分離膜

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011524982.6
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112619439B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設計）人: 王磊;王衛(wèi)星;王慧;陳澤智;吳未立;王衛(wèi)兵;石曉斌;眭江林
• 申請（專利權）人: 南京碳環(huán)生物質(zhì)科技有限公司
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/02;B01D69/12;B01D71/34;B01D71/64;B01D71/68;B01D71/70;B01D53/22
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網(wǎng)蘭

一種有機氣體高滲透性分離膜，其特征它由以下步驟制備而成：1）采用端羥基作為分離層聚合物原料，采用親水性納米SiO2作為改性原料，采用辛基酚聚氧乙烯醚?10作為表面活性劑，采用Cu/ZSM?5分子篩作為固相催化劑制得聚合物乳液；2）將聚合物乳液慢速攪拌，過濾掉固相催化劑；3）向聚合物乳液中加入交聯(lián)劑和交聯(lián)催化劑、攪拌、抽真空分得到離層涂敷液；4）將基膜原料溶于溶劑中，溶解完成后加入非溶劑添加劑攪拌，之后再加入親水性納米SiO₂繼續(xù)攪拌得到基膜液；5）將基膜液涂敷在無紡布表面上，固化3天，自然晾干得到基膜材料；6）將分離層涂敷液涂敷在基膜材料上，干燥后加熱交聯(lián)固化。本發(fā)明通過SiO₂改性提高了氣體回收率，降低了分離膜的制備成本。

技術領域

本發(fā)明涉及一種材料技術，尤其是一種膜材料技術，具體地說是一種有機氣體高滲透性分離膜。

背景技術

眾所周知，膜分離是高效分離回收有機氣體的一種新方法，具有過程簡單，無二次污染，可與壓縮、冷凝等其他工藝進行耦合聯(lián)用或復疊聯(lián)用等優(yōu)點，在生產(chǎn)過程散放工藝氣體回收、廢氣VOCs凈化與資源化利用等領域中成為一種日益受到重視的技術路線。

目前通常采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）交聯(lián)固化高分子膜材料作為有機氣體高滲透性選擇分離膜，其原理是基于有機氣體分子在PDMS中具有較高的溶解度和擴散系數(shù)，從而可獲得相遇于不凝氣體（如空氣、氮氣、氧氣等）具有較高的分離系數(shù)。該類膜材料主要由三部分組成，分別是以無紡布作為支撐骨架，以聚偏氟乙烯（PVDF）等多孔層作為基膜，在基膜上涂敷很薄且致密的PDMS層作為功能分離層，其中PDMS層發(fā)揮主要的氣體分離功能，無紡布和基膜起結構輔助功能。

人們在應用中發(fā)現(xiàn)目前膜制備工藝存在兩個較為突出的問題：其一是在基膜上涂敷分離層材料時，由于PVDF具有較強的疏水性，對于分離層膜液而言，其含水率較高，使得分離層膜液在基膜上涂敷的分布均勻及延展均勻性不理想，在水分揮發(fā)過程中造成分離層材料發(fā)生收縮聚集，從而影響整個膜的分離層厚度的均勻性，進而對膜的整體分離性能產(chǎn)生不利影響；其二，PDMS聚合物的分子鏈較為柔軟，聚合物結構中的自由空間較大，使得氣體分子較容易進入聚合物結構中，會影響聚合物的溶解選擇性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的聚二甲基硅氧烷（PDMS）交聯(lián)固化高分子膜材料存在分離層膜液在基膜上涂敷的分布均勻及延展均勻性不理想以及由于PDMS聚合物的分子鏈較為柔軟，聚合物結構中的自由空間較大，使得氣體分子較容易進入聚合物結構中，會影響聚合物的溶解選擇性的問題，發(fā)明一種涂布均勻且能阻止氣體分子進入聚合物結構中，溶解選擇性好的有機氣體高滲透性分離膜。

本發(fā)明的技術方案是：

一種有機氣體高滲透性分離膜，其特征它由以下步驟制備而成：

（1）采用分子量大于10萬的端羥基PDMS作為分離層聚合物原料，采用直徑在20～50nm粒徑分布的親水性納米SiO2作為改性原料，采用辛基酚聚氧乙烯醚-10作為表面活性劑，采用Cu交換量為1%～3%的Cu/ZSM-5分子篩作為固相催化劑；將PDMS、SiO2、表面活性劑、固相催化劑、水按重量百分比（20～60）：（5～20）：（1～10）：（1～10%）：（20～60）配制成混合液，采用高速剪切混合器，在10000r/min下攪拌10～30min，制得聚合物乳液；

（2）將聚合物乳液在30～50℃下慢速攪拌48h，然后過濾掉固相催化劑；

（3）將過濾掉固相催化劑后聚合物乳液中加入交聯(lián)劑和交聯(lián)催化劑，加入量的重量百分比例為乳液（40～80）：交聯(lián)劑（5～15）：交聯(lián)催化劑（0.1～2），采用高速剪切混合器，在10000r/min下攪拌10～30min，然后在30～50℃下慢速攪拌48h，抽真空脫泡1h后得到分離層涂敷液；